ఇంజనీరింగ్ రంగంలో డిజిటల్ డిజైనర్లు మరియు డిజిటల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ డిజైన్ నిపుణుల సంఖ్య నిరంతరం పెరుగుతోంది, ఇది పరిశ్రమ యొక్క అభివృద్ధి ధోరణిని ప్రతిబింబిస్తుంది. డిజిటల్ డిజైన్పై దృష్టి పెట్టడం వల్ల ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తులలో పెద్ద పరిణామాలు చోటు చేసుకున్నప్పటికీ, అది ఇప్పటికీ ఉనికిలో ఉంది మరియు అనలాగ్ లేదా రియల్ ఎన్విరాన్మెంట్లతో ఇంటర్ఫేస్ చేసే కొన్ని సర్క్యూట్ డిజైన్లు ఎల్లప్పుడూ ఉంటాయి. అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ ఫీల్డ్లలోని వైరింగ్ వ్యూహాలు కొన్ని సారూప్యతలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ మీరు మెరుగైన ఫలితాలను పొందాలనుకున్నప్పుడు, వాటి విభిన్న వైరింగ్ వ్యూహాల కారణంగా, సాధారణ సర్క్యూట్ వైరింగ్ డిజైన్ ఇకపై సరైన పరిష్కారం కాదు.
ఈ ఆర్టికల్ బైపాస్ కెపాసిటర్లు, పవర్ సప్లైస్, గ్రౌండ్ డిజైన్, వోల్టేజ్ లోపాలు మరియు PCB వైరింగ్ వల్ల కలిగే విద్యుదయస్కాంత జోక్యం (EMI) పరంగా అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ వైరింగ్ మధ్య ప్రాథమిక సారూప్యతలు మరియు తేడాలను చర్చిస్తుంది.
ఇంజనీరింగ్ రంగంలో డిజిటల్ డిజైనర్లు మరియు డిజిటల్ సర్క్యూట్ బోర్డ్ డిజైన్ నిపుణుల సంఖ్య నిరంతరం పెరుగుతోంది, ఇది పరిశ్రమ యొక్క అభివృద్ధి ధోరణిని ప్రతిబింబిస్తుంది. డిజిటల్ డిజైన్పై దృష్టి పెట్టడం వల్ల ఎలక్ట్రానిక్ ఉత్పత్తులలో పెద్ద పరిణామాలు చోటు చేసుకున్నప్పటికీ, అది ఇప్పటికీ ఉనికిలో ఉంది మరియు అనలాగ్ లేదా రియల్ ఎన్విరాన్మెంట్లతో ఇంటర్ఫేస్ చేసే కొన్ని సర్క్యూట్ డిజైన్లు ఎల్లప్పుడూ ఉంటాయి. అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ ఫీల్డ్లలోని వైరింగ్ వ్యూహాలు కొన్ని సారూప్యతలను కలిగి ఉంటాయి, కానీ మీరు మెరుగైన ఫలితాలను పొందాలనుకున్నప్పుడు, వాటి విభిన్న వైరింగ్ వ్యూహాల కారణంగా, సాధారణ సర్క్యూట్ వైరింగ్ డిజైన్ ఇకపై సరైన పరిష్కారం కాదు.
ఈ ఆర్టికల్ బైపాస్ కెపాసిటర్లు, పవర్ సప్లైస్, గ్రౌండ్ డిజైన్, వోల్టేజ్ లోపాలు మరియు PCB వైరింగ్ వల్ల కలిగే విద్యుదయస్కాంత జోక్యం (EMI) పరంగా అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ వైరింగ్ మధ్య ప్రాథమిక సారూప్యతలు మరియు తేడాలను చర్చిస్తుంది.
సర్క్యూట్ బోర్డ్లో బైపాస్ లేదా డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్లను జోడించడం మరియు బోర్డులో ఈ కెపాసిటర్ల స్థానం డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ డిజైన్లకు సాధారణ అర్థం. కానీ ఆసక్తికరంగా, కారణాలు భిన్నంగా ఉంటాయి.
అనలాగ్ వైరింగ్ రూపకల్పనలో, బైపాస్ కెపాసిటర్లు సాధారణంగా విద్యుత్ సరఫరాపై అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్లను దాటవేయడానికి ఉపయోగిస్తారు. బైపాస్ కెపాసిటర్లు జోడించబడకపోతే, ఈ హై-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్స్ పవర్ సప్లై పిన్ల ద్వారా సున్నితమైన అనలాగ్ చిప్లలోకి ప్రవేశించవచ్చు. సాధారణంగా చెప్పాలంటే, ఈ హై-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్స్ యొక్క ఫ్రీక్వెన్సీ అధిక-ఫ్రీక్వెన్సీ సిగ్నల్లను అణచివేయడానికి అనలాగ్ పరికరాల సామర్థ్యాన్ని మించిపోయింది. బైపాస్ కెపాసిటర్ అనలాగ్ సర్క్యూట్లో ఉపయోగించబడకపోతే, సిగ్నల్ మార్గంలో శబ్దం ప్రవేశపెట్టబడవచ్చు మరియు మరింత తీవ్రమైన సందర్భాల్లో, ఇది కంపనానికి కూడా కారణం కావచ్చు.
అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ PCB డిజైన్లో, బైపాస్ లేదా డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్లను (0.1uF) పరికరానికి వీలైనంత దగ్గరగా ఉంచాలి. విద్యుత్ సరఫరా డీకప్లింగ్ కెపాసిటర్ (10uF) సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క పవర్ లైన్ ప్రవేశద్వారం వద్ద ఉంచాలి. అన్ని సందర్భాల్లో, ఈ కెపాసిటర్ల పిన్స్ తక్కువగా ఉండాలి.
మూర్తి 2 లోని సర్క్యూట్ బోర్డ్లో, పవర్ మరియు గ్రౌండ్ వైర్లను రూట్ చేయడానికి వివిధ మార్గాలు ఉపయోగించబడతాయి. ఈ సరికాని సహకారం కారణంగా, సర్క్యూట్ బోర్డ్లోని ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలు మరియు సర్క్యూట్లు విద్యుదయస్కాంత జోక్యానికి గురయ్యే అవకాశం ఉంది.
మూర్తి 3 యొక్క సింగిల్ ప్యానెల్లో, సర్క్యూట్ బోర్డ్లోని భాగాలకు పవర్ మరియు గ్రౌండ్ వైర్లు ఒకదానికొకటి దగ్గరగా ఉంటాయి. ఈ సర్క్యూట్ బోర్డ్లోని పవర్ లైన్ మరియు గ్రౌండ్ లైన్ యొక్క మ్యాచింగ్ రేషియో ఫిగర్ 2లో చూపిన విధంగా సముచితంగా ఉంటుంది. సర్క్యూట్ బోర్డ్లోని ఎలక్ట్రానిక్ భాగాలు మరియు సర్క్యూట్లు విద్యుదయస్కాంత జోక్యానికి (EMI) లోబడి ఉండే సంభావ్యత 679/12.8 రెట్లు తగ్గింది లేదా సుమారు 54 సార్లు.
కంట్రోలర్లు మరియు ప్రాసెసర్ల వంటి డిజిటల్ పరికరాల కోసం, డికప్లింగ్ కెపాసిటర్లు కూడా అవసరం, కానీ వివిధ కారణాల వల్ల. ఈ కెపాసిటర్ల యొక్క ఒక విధి "మినియేచర్" ఛార్జ్ బ్యాంక్గా పని చేయడం.
డిజిటల్ సర్క్యూట్లలో, గేట్ స్టేట్ స్విచింగ్ చేయడానికి సాధారణంగా పెద్ద మొత్తంలో కరెంట్ అవసరమవుతుంది. స్విచింగ్ ట్రాన్సియెంట్ కరెంట్లు స్విచింగ్ సమయంలో చిప్లో ఉత్పత్తి చేయబడతాయి మరియు సర్క్యూట్ బోర్డ్ ద్వారా ప్రవహిస్తాయి కాబట్టి, అదనపు "స్పేర్" ఛార్జీలను కలిగి ఉండటం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది. స్విచ్చింగ్ చర్యను నిర్వహిస్తున్నప్పుడు తగినంత ఛార్జ్ లేనట్లయితే, విద్యుత్ సరఫరా వోల్టేజ్ బాగా మారుతుంది. చాలా ఎక్కువ వోల్టేజ్ మార్పు డిజిటల్ సిగ్నల్ స్థాయి అనిశ్చిత స్థితిలోకి ప్రవేశించడానికి కారణమవుతుంది మరియు డిజిటల్ పరికరంలోని స్టేట్ మెషీన్ తప్పుగా పనిచేయడానికి కారణం కావచ్చు.
సర్క్యూట్ బోర్డ్ ట్రేస్ ద్వారా ప్రవహించే స్విచింగ్ కరెంట్ వోల్టేజ్ మారడానికి కారణమవుతుంది మరియు సర్క్యూట్ బోర్డ్ ట్రేస్లో పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్ ఉంటుంది. వోల్టేజ్ మార్పును లెక్కించడానికి క్రింది సూత్రాన్ని ఉపయోగించవచ్చు: V = LdI/dt. వాటిలో: V = వోల్టేజ్ మార్పు, L = సర్క్యూట్ బోర్డ్ ట్రేస్ ఇండక్టెన్స్, dI = ట్రేస్ ద్వారా ప్రస్తుత మార్పు, dt = ప్రస్తుత మార్పు సమయం.
అందువల్ల, అనేక కారణాల వల్ల, విద్యుత్ సరఫరా వద్ద లేదా క్రియాశీల పరికరాల విద్యుత్ సరఫరా పిన్ల వద్ద బైపాస్ (లేదా డీకప్లింగ్) కెపాసిటర్లను వర్తింపజేయడం మంచిది.
పవర్ కార్డ్ మరియు గ్రౌండ్ వైర్ను కలిసి రూట్ చేయాలి
విద్యుదయస్కాంత జోక్యం యొక్క అవకాశాన్ని తగ్గించడానికి పవర్ కార్డ్ మరియు గ్రౌండ్ వైర్ యొక్క స్థానం బాగా సరిపోలింది. విద్యుత్ లైన్ మరియు గ్రౌండ్ లైన్ సరిగ్గా సరిపోలకపోతే, సిస్టమ్ లూప్ రూపొందించబడుతుంది మరియు శబ్దం ఉత్పన్నమయ్యే అవకాశం ఉంది.
పవర్ లైన్ మరియు గ్రౌండ్ లైన్ సరిగ్గా సరిపోలని PCB డిజైన్ యొక్క ఉదాహరణ మూర్తి 2లో చూపబడింది. ఈ సర్క్యూట్ బోర్డ్లో, రూపొందించిన లూప్ ప్రాంతం 697cm². మూర్తి 3లో చూపిన పద్ధతిని ఉపయోగించి, లూప్లో వోల్టేజీని ప్రేరేపించే సర్క్యూట్ బోర్డ్లో లేదా వెలుపల శబ్దం వచ్చే అవకాశం బాగా తగ్గించబడుతుంది.
అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ వైరింగ్ వ్యూహాల మధ్య వ్యత్యాసం
▍గ్రౌండ్ ప్లేన్ సమస్య
సర్క్యూట్ బోర్డ్ వైరింగ్ యొక్క ప్రాథమిక జ్ఞానం అనలాగ్ మరియు డిజిటల్ సర్క్యూట్లకు వర్తిస్తుంది. అంతరాయం లేని గ్రౌండ్ ప్లేన్ను ఉపయోగించడం అనేది ప్రాథమిక నియమం. ఈ ఇంగితజ్ఞానం డిజిటల్ సర్క్యూట్లలో dI/dt (కాలానికి అనుగుణంగా కరెంట్లో మార్పు) ప్రభావాన్ని తగ్గిస్తుంది, ఇది గ్రౌండ్ పొటెన్షియల్ను మారుస్తుంది మరియు అనలాగ్ సర్క్యూట్లలోకి శబ్దం వచ్చేలా చేస్తుంది.
డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ సర్క్యూట్ల కోసం వైరింగ్ పద్ధతులు ప్రాథమికంగా ఒకే విధంగా ఉంటాయి, ఒక మినహాయింపుతో. అనలాగ్ సర్క్యూట్ల కోసం, గమనించదగ్గ మరో విషయం ఉంది, అంటే, డిజిటల్ సిగ్నల్ లైన్లు మరియు లూప్లను గ్రౌండ్ ప్లేన్లోని అనలాగ్ సర్క్యూట్లకు వీలైనంత దూరంగా ఉంచండి. అనలాగ్ గ్రౌండ్ ప్లేన్ను సిస్టమ్ గ్రౌండ్ కనెక్షన్కు విడిగా కనెక్ట్ చేయడం ద్వారా లేదా సర్క్యూట్ బోర్డ్ యొక్క చాలా చివరలో అనలాగ్ సర్క్యూట్ను ఉంచడం ద్వారా దీనిని సాధించవచ్చు, ఇది లైన్ ముగింపు. సిగ్నల్ మార్గంలో బాహ్య జోక్యాన్ని కనిష్టంగా ఉంచడానికి ఇది జరుగుతుంది.
డిజిటల్ సర్క్యూట్ల కోసం దీన్ని చేయవలసిన అవసరం లేదు, ఇది సమస్యలు లేకుండా గ్రౌండ్ ప్లేన్లో చాలా శబ్దాన్ని తట్టుకోగలదు.
మూర్తి 4 (ఎడమ) అనలాగ్ సర్క్యూట్ నుండి డిజిటల్ స్విచ్చింగ్ చర్యను వేరు చేస్తుంది మరియు సర్క్యూట్ యొక్క డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ భాగాలను వేరు చేస్తుంది. (కుడి) అధిక పౌనఃపున్యం మరియు తక్కువ పౌనఃపున్యం సాధ్యమైనంతవరకు వేరు చేయబడాలి మరియు అధిక ఫ్రీక్వెన్సీ భాగాలు సర్క్యూట్ బోర్డ్ కనెక్టర్లకు దగ్గరగా ఉండాలి.
మూర్తి 5 PCBలో రెండు క్లోజ్ ట్రేస్లను లేఅవుట్ చేయండి, పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ని ఏర్పరచడం సులభం. ఈ రకమైన కెపాసిటెన్స్ ఉనికి కారణంగా, ఒక ట్రేస్పై వేగవంతమైన వోల్టేజ్ మార్పు మరొక ట్రేస్పై కరెంట్ సిగ్నల్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.
మూర్తి 6 మీరు ట్రేస్ల ప్లేస్మెంట్పై శ్రద్ధ చూపకపోతే, PCBలోని జాడలు లైన్ ఇండక్టెన్స్ మరియు మ్యూచువల్ ఇండక్టెన్స్ను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. ఈ పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్ డిజిటల్ స్విచ్చింగ్ సర్క్యూట్లతో సహా సర్క్యూట్ల ఆపరేషన్కు చాలా హానికరం.
▍భాగాల స్థానం
పైన చెప్పినట్లుగా, ప్రతి PCB రూపకల్పనలో, సర్క్యూట్ యొక్క శబ్దం భాగం మరియు "నిశ్శబ్ద" భాగం (నాన్-శబ్దం భాగం) వేరు చేయబడాలి. సాధారణంగా చెప్పాలంటే, డిజిటల్ సర్క్యూట్లు నాయిస్లో "రిచ్" గా ఉంటాయి మరియు శబ్దానికి సున్నితంగా ఉంటాయి (ఎందుకంటే డిజిటల్ సర్క్యూట్లు పెద్ద వోల్టేజ్ నాయిస్ టాలరెన్స్ను కలిగి ఉంటాయి); దీనికి విరుద్ధంగా, అనలాగ్ సర్క్యూట్ల యొక్క వోల్టేజ్ నాయిస్ టాలరెన్స్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది.
రెండింటిలో, అనలాగ్ సర్క్యూట్లు శబ్దాన్ని మార్చడానికి అత్యంత సున్నితమైనవి. మిశ్రమ-సిగ్నల్ సిస్టమ్ యొక్క వైరింగ్లో, ఈ రెండు సర్క్యూట్లను మూర్తి 4లో చూపిన విధంగా వేరు చేయాలి.
▍PCB డిజైన్ ద్వారా రూపొందించబడిన పరాన్నజీవి భాగాలు
సమస్యలను కలిగించే రెండు ప్రాథమిక పరాన్నజీవి మూలకాలు PCB రూపకల్పనలో సులభంగా ఏర్పడతాయి: పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మరియు పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్.
సర్క్యూట్ బోర్డ్ను డిజైన్ చేసేటప్పుడు, రెండు ట్రేస్లను ఒకదానికొకటి దగ్గరగా ఉంచడం వల్ల పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. మీరు దీన్ని చేయవచ్చు: రెండు వేర్వేరు పొరలపై, మరొక ట్రేస్ పైన ఒక ట్రేస్ ఉంచండి; లేదా అదే పొరపై, మూర్తి 5లో చూపిన విధంగా ఒక ట్రేస్ను మరొక ట్రేస్ పక్కన ఉంచండి.
ఈ రెండు ట్రేస్ కాన్ఫిగరేషన్లలో, ఒక ట్రేస్పై కాలక్రమేణా వోల్టేజ్లో మార్పులు (dV/dt) మరొక ట్రేస్పై కరెంట్కు కారణం కావచ్చు. ఇతర ట్రేస్ అధిక ఇంపెడెన్స్ అయితే, విద్యుత్ క్షేత్రం ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన విద్యుత్తు వోల్టేజ్గా మార్చబడుతుంది.
ఫాస్ట్ వోల్టేజ్ ట్రాన్సియెంట్లు చాలా తరచుగా అనలాగ్ సిగ్నల్ డిజైన్ యొక్క డిజిటల్ వైపు సంభవిస్తాయి. ఫాస్ట్ వోల్టేజ్ ట్రాన్సియెంట్లతో ఉన్న జాడలు అధిక-ఇంపెడెన్స్ అనలాగ్ ట్రేస్లకు దగ్గరగా ఉంటే, ఈ లోపం అనలాగ్ సర్క్యూట్ యొక్క ఖచ్చితత్వాన్ని తీవ్రంగా ప్రభావితం చేస్తుంది. ఈ వాతావరణంలో, అనలాగ్ సర్క్యూట్లకు రెండు ప్రతికూలతలు ఉన్నాయి: డిజిటల్ సర్క్యూట్ల కంటే వాటి నాయిస్ టాలరెన్స్ చాలా తక్కువగా ఉంటుంది; మరియు అధిక ఇంపెడెన్స్ జాడలు సర్వసాధారణం.
కింది రెండు పద్ధతుల్లో ఒకదాన్ని ఉపయోగించడం ద్వారా ఈ దృగ్విషయాన్ని తగ్గించవచ్చు. కెపాసిటెన్స్ సమీకరణం ప్రకారం ట్రేస్ల మధ్య పరిమాణాన్ని మార్చడం సాధారణంగా ఉపయోగించే సాంకేతికత. మార్చడానికి అత్యంత ప్రభావవంతమైన పరిమాణం రెండు జాడల మధ్య దూరం. d అనే వేరియబుల్ కెపాసిటెన్స్ సమీకరణం యొక్క హారంలో ఉందని గమనించాలి. d పెరిగేకొద్దీ, కెపాసిటివ్ రియాక్టెన్స్ తగ్గుతుంది. మార్చగల మరొక వేరియబుల్ రెండు జాడల పొడవు. ఈ సందర్భంలో, పొడవు L తగ్గుతుంది మరియు రెండు జాడల మధ్య కెపాసిటివ్ ప్రతిచర్య కూడా తగ్గుతుంది.
ఈ రెండు జాడల మధ్య గ్రౌండ్ వైర్ వేయడం మరొక సాంకేతికత. గ్రౌండ్ వైర్ తక్కువ ఇంపెడెన్స్, మరియు ఇలా మరొక ట్రేస్ జోడించడం వలన మూర్తి 5లో చూపిన విధంగా జోక్యం విద్యుత్ క్షేత్రం బలహీనపడుతుంది.
సర్క్యూట్ బోర్డ్లోని పరాన్నజీవి ఇండక్టెన్స్ సూత్రం పరాన్నజీవి కెపాసిటెన్స్ మాదిరిగానే ఉంటుంది. ఇది రెండు జాడలు వేయడానికి కూడా ఉంది. రెండు వేర్వేరు పొరలపై, మరొక ట్రేస్ పైన ఒక ట్రేస్ ఉంచండి; లేదా అదే పొరపై, మూర్తి 6లో చూపిన విధంగా ఒక ట్రేస్ను మరొక దాని ప్రక్కన ఉంచండి.
ఈ రెండు వైరింగ్ కాన్ఫిగరేషన్లలో, ఈ ట్రేస్ యొక్క ఇండక్టెన్స్ కారణంగా సమయంతో పాటు ట్రేస్ యొక్క ప్రస్తుత మార్పు (dI/dt), అదే ట్రేస్పై వోల్టేజ్ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది; మరియు మ్యూచువల్ ఇండక్టెన్స్ ఉనికి కారణంగా, ఇది ఇతర ట్రేస్పై అనుపాత కరెంట్ ఉత్పత్తి అవుతుంది. మొదటి ట్రేస్లో వోల్టేజ్ మార్పు తగినంతగా ఉంటే, జోక్యం డిజిటల్ సర్క్యూట్ యొక్క వోల్టేజ్ సహనాన్ని తగ్గిస్తుంది మరియు లోపాలను కలిగిస్తుంది. ఈ దృగ్విషయం డిజిటల్ సర్క్యూట్లలో మాత్రమే జరగదు, అయితే డిజిటల్ సర్క్యూట్లలో పెద్ద తక్షణ స్విచ్చింగ్ కరెంట్ల కారణంగా ఈ దృగ్విషయం డిజిటల్ సర్క్యూట్లలో సర్వసాధారణం.
విద్యుదయస్కాంత జోక్యం మూలాల నుండి సంభావ్య శబ్దాన్ని తొలగించడానికి, ధ్వనించే I/O పోర్ట్ల నుండి "నిశ్శబ్ద" అనలాగ్ లైన్లను వేరు చేయడం ఉత్తమం. తక్కువ-ఇంపెడెన్స్ పవర్ మరియు గ్రౌండ్ నెట్వర్క్ను సాధించడానికి ప్రయత్నించడానికి, డిజిటల్ సర్క్యూట్ వైర్ల యొక్క ఇండక్టెన్స్ను తగ్గించాలి మరియు అనలాగ్ సర్క్యూట్ల కెపాసిటివ్ కలపడం తగ్గించాలి.
03
తీర్మానం
డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ పరిధులు నిర్ణయించబడిన తర్వాత, విజయవంతమైన PCBకి జాగ్రత్తగా రూటింగ్ అవసరం. ప్రయోగశాల వాతావరణంలో ఉత్పత్తి యొక్క అంతిమ విజయాన్ని పరీక్షించడం కష్టం కాబట్టి, వైరింగ్ వ్యూహం సాధారణంగా ప్రతి ఒక్కరికీ ఒక నియమం వలె పరిచయం చేయబడుతుంది. అందువల్ల, డిజిటల్ మరియు అనలాగ్ సర్క్యూట్ల వైరింగ్ వ్యూహాలలో సారూప్యతలు ఉన్నప్పటికీ, వాటి వైరింగ్ వ్యూహాలలో తేడాలను గుర్తించాలి మరియు తీవ్రంగా పరిగణించాలి.